KR910001387B1 - 하천구조물 및 그 시공방법 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

하천구조물 및 그 시공방법

제1도는 본 발명의 하천구조물의 화폭에 설치되어진 것을 나타내는 평면도.

제2도는 제1도의 주요 단면에 나타내는 단면도.

*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 상류 여과조 2 : 여과제

3 : 유공관 4 : 하류 여과조

5 : Gallary 7 : 차수벽

8 : 수위조절 설비 10 : 여과층

본 발명은 밀집된 주거지나 중소 도시에서 나오는 각종 생활오수와 탄광지역에서의 채탄 및 선탄 과정에서 생성되는 탄진과 같은 무독성 무기질의 콜로이드 입자등으로 오염된 중ㆍ소 하천의 하천수를 환경기준에 따른 상수원수 기준인 생활 환경보존 수질이상으로 개선하기 위하여 하상 바닥에 상ㆍ하류 2개의 여과조를 설치하고 여과조사이에는 상류 여과조와 하류 여과조가 수위차를 갖도록 차수벽과 Gallary를 설치하여 상류 여과조에서는 중력작용방향 즉, 하방향 완속 여과로서 1차 처리가 되도록 하고 하류 여과조에서는 중력작용방향의 반대방향인 상방향 급속여과로서 2차 처리 되도록 하면서, 1차 처리와 2차 처리를 긴밀하게 연계시켜, 처리의 효율화를 기하고, 또한, 상ㆍ하류 여과조의 전단면에 걸쳐 수리적부하량이 균일하도록 여과조 바닥에는 유공관을 부설하여 오염된 하천수를 여과처리하기 위한 하천구조물 및 그 시공방법에 관한 것이다.

종래 각종 생활하수로 오염된 중ㆍ소 하천을 정화시키기 위하여 사용하고 있는 처리 Process로는 오염된 각종 생활하수가 하천으로 유입되지 않도록 차집관거를 설치하여 수거된 생활하수를 폐수처리장에서 1차 처리 또는 2차 처리한후 하천으로 방류시키는 방법과 오염된 하천수를 역간 접촉산화법으로 처리하는 2가지방법이 있으나 차집관거를 이용한 처리 Process는 엄청나게 많은 공사비가 소요될뿐 아니라 유지 관리비도 많은 비용이 소요되고 처리대상 유입수의 농도가 적으면 적을수록 처리 효율도 떨어지게 된다.

또한 하천으로 재유입하는 생활하수(회귀수)를 차집하므로써 평수량이나 갈수량이 적은 중ㆍ소 하천에서는 건천화현상이 발생할 우려가 있다.

역간산화접촉법의 경우에는 앞에서 설명한 차집관거를 사용하는 처리 Process에 비해 공사비가 상당히 절감되고 유지관리비 측면에서도 대단히 유리하고 건천화 현상을 방지할 수 있는 장점이 있으나 이 방법은 하천부지내에 Rubber dam을 설치하고 그 옆에는 대규모의 여과조를 건설하여 여과제로서 자갈층을 채운후 오염된 하천수가 수평방향으로 자갈층을 통과하도록하여 오염된 하천수내의 유기물질들이 자갈표면에 형성되어 있는 미생물막층에 의해 생물학적으로 산화분해되는 것으로서 이 방법은 오염된 하천수 자갈면과의 접촉면을 늘리기 위하여 하천부지내에 설치한 Rubber dam을 이용하여 상ㆍ하류 수위차를 1.5m 정도로 유지시켜서 여과조내에서의 흐름을 수평방향으로 흐르도록한 것이기 때문에 오염된 하천수와 접촉되지 않는 자갈층 영역이 너무크게 형성되게 되고, 하천수의 자갈층통과 길이도 18m 이상이어야 하므로 설계상 비효율적이고, 하천이외의 별단의 부지를 필요로 하고 있는 점에서 비경제적이다.

특히, 이러한 처리방법은, 자갈층의 공극 폐쇄현상이 불가피하고, 이러한 불가피성을 저거하기 위한 수단으로서 침적된 오니를 될수록 많이 저장할 수 있는 정도로 여과층의 규모를 크게하여야 하는 관계로, 부지는 매우 광범위하게 되면서도, 자갈층을 교환하는 것 이외에는 침적된 침적물을 세척시킬 수 있는 다른 수단이 현재로서는 없기 때문에 처리의 한시성이 주어질뿐 아니라 그러한 한시성을 조금이라도 연장시키기 위하여서는, 하천수의 유기물질인 S.S도 40mg/1로 제한적으로 처리하고 있는 실정이므로, 처리의 한계성이 주어지고 있는등의 결점이 있었다.

따라서, 본 발명은 자연하천이 가지고 있는 특성 그 자체를 그대로 이용하면서 여제사이의 공극 폐쇄현상을 유발시킴없이 고농도의 부유물질(S. S)을 용이하게 효율적으로 처리 가능하도록 하기 위하여 안출된 것으로 수리적 부하량을 균일하게 유지시키기 위한 유공관(3)을 매설한 여과조(1)(4)를 상ㆍ하류에 연설하고 상류 여과조(1)에는 공극율이 30-40%인 여과제(2)를 채우고 하향식의 층류흐름(Raynolds numbers 500-800 정도가 바람직함)을 갖게하여 1차 처리시킨 다음, 하류 여과조(4)를 유입시켜 2차 처리시키되, 하류 여과조(4)에는 상향식흐름이 되게 하면서 여과층(10)은 상부쪽으로 올라갈수록 공극율이 적어지도록 한 것이다.

상ㆍ하류 여과조(1)(4)사이에는 차수벽(7)을 두고 그 내부에 Gallary(5)를 설치하고 차수벽 상단에는 Baekwashing을 위한 수위조절 설비(8)를 설치함을 특징으로 하는 하천구조물 및 그 시공법인 것이다.

미설명부호 : 9는 저면경사면이다.

이를 좀더 구체적으로 설명하면 상류 여과조는 여과제를 공극률이 30-40% 정도인 자갈, 깬돌(입경 20-120m/m)등을 하방향 완속 내부여과 시스템을 채택하므로써 기존의 역간 산화접촉법에서 사용하고 있는 수평흐름방식이 갖고 있는 장소적 제약을 없애면서, 여과층의 유수통과 길이에 있어서도, 수평흐름 방식에서 18m인 것에 비하여 본 발명에서는 2-3m로 줄일수 있고, 여제 접촉의 효율화도 기할 수 있다.

다시말하면 수평흐름 방식은 하천부지 옆에 여과조를 건설할 수 있는 넓은 공간이 필요하나 하방향 방식에서는 여과조를 하상바닥에 설치하므로 하상 경사가 1/200보다 급한지역이나 퇴적구조 아닌 하상바닥이면 어느 것이나 설치가 가능하다.

그리고 수평방향에서는 앞에서 설명한 바와같이 여과층내에 불필요한 면적이 필연적으로 발생하게되나 하방향 방식에서는 이러한 면적이 없이 전단면에 걸쳐 균일한 여과기능을 수행할 수 있게될뿐 아니라 여과층내에 침적된 침적물을 하천유량의 변화에 따른 상ㆍ하류간의 수위차를 이용한 Washing이 가능해지는 장점이 있다.

즉, 하천내의 유입수량이 적고 오염도가 심한 평수량 및 갈수량 유입시에는 여과제 공극내에서의 흐름을 층류상태(Reynolds numbers는 500-800 정도가 바람직함)로 유지시키면 수력학적 안정도가 크게되어 오염된 하천수내의 부유물질들이 전기적 결합력이나 분자력에 의해 서로 반응하여 콜로이드의 미립자(1차 입자)가 여러개 모이는 2차 입자들로 응집하게 되는데 이때 오염된 하천수내에 Mn, Fe, Al등의 금속염이 함유되어 있으면 이들 금속염이 응집제 역활을 하게 되어 응집반응이 더욱 촉진된다.

이렇게 응집된 2차 입자들은 임의 공극에서 다른 공극으로 흐르는 과정에서 각 유선간의 속도차로 고속류층의 입자는 저속류층의 입자에 흡착하여 불규칙하게 침강되기도 하고 여과제와 이를 2차 입자들이 충돌하기도 하면서 Floc 형성이 촉진되게 되므로서 상류 여과조에서는 총 media의 약 70-80% 정도 Floc를 형성하게 되고 형성된 Fioc는 상류 여과조의 여과제 공극사이에 비교적 균일하게 침적하게 되면서 이들 침적물중 유기성 부유물질의 일부는 여과제 표면에 형성되어 있는 미생물 막층에 의해 생물학적 산화분해가 되기도 하나 대부분의 부유물질은 여과제 공극내에 침적하게 된다.

그리고 미쳐 Floc 형성이 않된 미세한 media는 하류 여과조에서 여과되게 되는데 하류 여과조는 여과조하부로부터 상부로 갈수록 여과제의 공극이 적어지도록 자갈, 깬돌, 모래등으로 채워 Reynolds Numbers 1000-1500인 층류상태로 내부여과기능과 표면여과기능을 동시에 갖추게되는 상방향 여과법을 채택하고 하류 여과조의 상부에 부설되는 모래층은 표준체 No.8-No.50 사이의 왕사를 사용하여 여과된 media로 여과사의 공극이 쉽게 폐쇄되지 않도록 함과 동시에 여과사층의 두께를 20cm 이내로 하여 상ㆍ하류의 수위차를 수위조절시설을 이용하여 1.0-1.5m로 유지시킬 수 있어 상부 여과사층에서 공극 확장이 일어나고 이때 상ㆍ하류 여과조의 여과제 공극내에서의 흐름도 층류에서 Reynolds Numbers 3000 이상인 난류 상태로 변화시키면 공극내에 침적된 Floc는 서로 결합력을 잃게 되어 여과제 공극내에서 현탄액으로 되면서 여과조 밖으로 서서히 유출되게 되므로 여과제 공극내에 침적된 침적물로 여과제 공극이 폐쇄되는 것을 방지할 수 있고 상ㆍ하류 여과조의 수리적 부하량을 균일하게 유지시키기 위하여 유공관을 여제층내에 배설시켰으며 또한, 유공관이 침적물로 폐쇄되는 경우에 대비하여 상ㆍ하류 여과조 사이에 Gallary를 설치하므로써 인위적인 청소가 가능하도록 하였다.

하상에 설치된 두 개의 여과조로서의 부유물질을 처리시킴에 있어서는, 하향식 흐름과 상향식흐름을 병행하면서, 하향식 여과층의 공극이 상향식보다 매우크게한 것에다 하향식 흐름은 상향식 흐름보다 더 큰 층류화가 되도록 하여, 하향식 흐름에서 부유물질을 70-80% 정도로 1차 처리시킨다음, 그 나머지를 상류식 흐름에서 2차 처리가 되도록 하였기 때문에 200mg/1 정도의 고농도처리가 가능하면서도, 하향식흐름의 여제층은, 시간적으로 길어야 흥수기까지의 저장 용량 정도이면 족하므로, 오니 저장용량은 최대로 2년분이면 되고 보통 1년분이면 가능하게 되어, 전체적으로 효율적인 처리가 됨은 물론 경제적이고 운영조작면에서도 아주 간편하다.

특히 우리나라의 하천은 7, 8, 9월인 우기에 강수량의 60-70% 정도가 집중되어 있고 이때의 하천 유출량도 급격히 증가한다.

비우기에는 하천유량이 적어 우리나라의 중ㆍ소 하천은 최소유량과 최대유량의 비인 하상계수가 대개 300-1500 정도이어서 평수량에 비해 하폭이 대단히 넓은 편이다.

또한, 상류 여과조내에서의 층류를 유지시킴에 있어, 상류 여과조의 유로길이를 하류 여과조의 유로길이의 비로써 조정하므로 간편하게 층류화를 유발시킬 수 있게 된다.

따라서, 본 공법으로 비우기와 홍수기가 명확히 구분되어지는 기후적특성을 갖는 지역에서의 오염된 중ㆍ소 하천의 하천수를 정화할 경우 오염이 문제가 되는 비우기 월인 갈수기에는 하천수를 여과처리토록 하고 홍수기에는 수위조절설비를 이용하여 상ㆍ하류 여과조의 수위차를 1.0-1.5m 정도로 유지시켜 비교적 부유사가 적은 홍수초기 유출 때 상ㆍ하류 여과조내에 침적된 침적물을 서서히 유출시키므로서 여과제의 공극폐쇄를 방지할 수 있으므로 여과조의 오니저장 용량을 2년분 이하로 줄일수 있고 대상수질의 부유물질 농도도 20mg/1-200mg/1 이상까지 광범위하게 처리할 수 있을뿐 아니라 첨두 홍수량 유입시에는 수위조절 설비를 내리면 통수 단면적으로 감소시키지 않으므로 본 하천구조물로 인한 상류부의 수위 상승을 방지하게 되며, 상ㆍ하류 여과조를 하상바닥에 설치하므로 해서 처리장 시설을 위한 별도의 부지확보가 전혀 필요없게 되고 모든 처리 공정이 자연적으로 이루어지므로 유지관리비용이 대단히 저렴하다.

아울러 본 공법으로 오염된 하천수를 정화할 경우 대상수질의 오염도에 관계없이 처리된 수질이 일정하며 처리효율도 BOD, COD 및 S. S의 개선율이 대개 80-95% 이상의 수질개선 효과를 가지고 있어 기존의 어느 하천구조물 및 방법보다도 처리효율이 높은 장점을 갖고 있다.

Claims (2)

1. 하천의 하상바닥을 굴착하여, 상ㆍ하류에 여과조를 설치하되, 서로 연설되게 하고, 상ㆍ하류 여과조내의 여제사이에 다른 유공관을 설치시키며, 상류 여과조에서의 유로의 길이와 여제의 공극률을 하류 여과조에서보다 크게 하면서, 상ㆍ하류 여과조로 연통시키고 상ㆍ하류 여과조 사이에는 차수벽을 설치하며, 차수벽의 내저부에는 갤러리를 설치하고, 갤러리의 상부에는 수위조절설비를 구비함을 특징으로 하는 하천 구조물.
2. 상ㆍ하류의 하상에다 유공관을 배설한 여과조를 설치하여 이를 연통되게 하고, 상류 여과조에는 공극률이 30-40%인 여과제를 채우고, 하향식의 층류흐름을 갖게 하여 부유물질을 1차 처리시킨다음, 하류 여과조내로 유입시켜 2차 처리를 시키되, 하류 여과조에는 상향류 흐름이 되게 하면서, 여과층은 공극률이 상류 여과조보다 훨씬 작은 공극률을 갖도록 하고 동시에 상부쪽으로 올라갈수록 공극률이 적어지게한 것에다, 상류 여과조의 유로길이가 하류 여과조보다 크게하고, 상ㆍ하류 여과조사이에는 차수벽을 설치하고 그 내부에는 갤러리를 설치하고 차수벽 상단부에 여제세척을 위한 수위조절 설비를 설치하여서 되는 것을 특징으로 하는 하천구조물의 시공방법.

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